JP6188641B2 - 面光源装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面光源装置および前記面光源装置を有する表示装置に関する。

液晶表示装置や看板などの透過型画像表示装置では、バックライトとして直下型の面光源装置を使用することがある。近年、光源として複数の発光素子を有する、直下型の面光源装置が使用されている。このような面光源装置では、発光素子の上に、発光素子からの出射光の配光を制御するための光束制御部材が配置されている（例えば、特許文献１参照）。

図１Ａおよび図１Ｂは、特許文献１に記載の面光源装置（面発光ユニット）１０の構成を示す図である（特許文献１の図８（ａ）および（ｂ）参照）。図１Ａは、面光源装置１０の斜視図であり、図１Ｂは、面光源装置１０の断面図である。これらの図に示されるように、面光源装置１０は、筐体２０と、筐体内に配置された基板（取付板）３０と、基板３０上に一定の間隔で配置された複数の発光装置（発光ユニット）４０とを有する。発光装置４０は、発光素子４２と、発光素子４２の上に配置された光束制御部材（レンズ部）４４とを有している。光束制御部材４４の入射面および出射面は、発光素子４２からの出射光を拡げることができるように形成されている。ここでは、光拡散板５０が筐体２０の開口部に配置されていると仮定する。光拡散板５０の上面は、発光面として機能する。

図２は、発光装置４０の配光特性を示すグラフである（特許文献１の図６参照）。このグラフに示されるように、発光装置４０の光軸に対して大きな角度範囲には、光束制御部材４４から多くの光が出射されるのに対し、発光装置４０の光軸に対して小さな角度範囲には、光束制御部材４４からほとんど光が出射されない。このため、発光装置４０を基板３０上に１つだけ配置した場合、発光面のうち、発光装置４０の直上の領域の輝度が低くなる。しかしながら、複数の発光装置４０を基板３０上に配置した場合は、図１Ｂに示されるように、ある発光装置４０の直上の領域に他の発光装置４０からの出射光が到達する。その結果、面光源装置１０では発光面の輝度ムラが小さくなる。

図１Ｂに示されるように、発光装置４０の中心間距離（ピッチ）をＰ（ｍｍ）とし、基板３０の上面と光拡散板５０の下面との間隔（高さ）をＨ（ｍｍ）とする。特許文献１の図８（ｂ）（本願の図１Ｂ）を参照すると、特許文献１に記載の面光源装置１０では、Ｈ／Ｐは約０.７７である。

特開２００９−１５２１４２号公報

図２に示されるように、特許文献１に記載の面光源装置１０では、発光面の輝度ムラを解消するために、発光装置４０のピーク出射角が発光素子４２の光軸に対してある程度大きな角度（約６３°）となるように調整されている。ここで「ピーク出射角」とは、光度が最も高い光の出射角を意味する。

一方で、近年、面光源装置における発光素子数の更なる低減および面光源装置の更なる薄型化（すなわち上記Ｈ／Ｐの値を小さくすること）が要求されている。しかしながら、特許文献１に記載の面光源装置１０のように、発光装置４０のピーク出射角を調整するだけでは、発光素子数の低減および面光源装置の薄型化を十分に実現することはできない。たとえば、図２に示される配光特性を有する発光装置４０を、図１Ｂに示されるＨ／Ｐが約０.７７の面光源装置１０で採用した場合は、発光面の輝度ムラが小さいかもしれない。しかしながら、本発明者らの計算によれば、この発光装置４０を、Ｈ／Ｐが０.２以下の面光源装置で採用した場合は、ある発光装置４０からピーク出射角で出射される光は、光拡散板５０の下面のうち当該発光装置４０と隣接する発光装置４０との間の領域に到達し、０°からピーク出射角までの角度範囲で当該発光装置４０から出射される光（発光装置４０から出射される光の大部分）は、遠方まで届かない。このため、発光面のうち、発光装置４０近傍の領域が相対的に明るくなり、輝度ムラが生じてしまう（図１３参照）。これは、発光装置４０の、０°からピーク出射角までの配光特性が最適化されていないことに起因する。

このように、従来の直下型の面光源装置では、Ｈ／Ｐを０.２以下とすると発光面の輝度ムラが大きくなってしまう。すなわち、従来の直下型の面光源装置では、Ｈ／Ｐを０.２以下とすることができない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、発光素子を光源とする直下型の面光源装置であって、Ｈ／Ｐが０.２以下であり、かつ輝度ムラが小さい面光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、この面光源装置を有する表示装置を提供することも目的とする。

本発明に係る面光源装置は、基板と、発光素子と、前記発光素子からの出射光の配光を制御する光束制御部材とをそれぞれ含み、前記基板上に一定の間隔で配置された複数の発光装置と、前記複数の発光装置の上に前記基板と略平行に配置され、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、を有し、前記発光装置の光軸に沿う方向から前記発光装置から最も高い光度の光が出射する方向までの角度範囲において、前記発光装置からの光の光度は、前記光軸に対する角度が大きくなるにつれて漸増し、かつ以下の式（１）、式（２）および式（３）を満たす、構成を採る。
［上記式において、Ｐは、前記複数の発光装置の中心間距離である。Ｈは、前記基板の上面と前記光拡散板の下面との間隔である。Ｌは、前記光軸と前記光拡散板の下面との交点から、前記最も高い光度の光が前記光拡散板の下面に到達した点までの距離である。Ｉ_０は、前記発光装置から前記光軸方向に出射された光の光度である。Ｉ_１／２は、前記光拡散板の下面における、前記光軸と前記光拡散板の下面との交点からＰ／２の距離の点に向かって、前記発光装置から出射された光の光度である。］

本発明に係る表示装置は、本発明に係る面光源装置と、前記面光源装置からの光を照射される被照射部材とを有する、構成を採る。

本発明によれば、消費エネルギーが少なく、かつ薄型の面光源装置および表示装置を提供することができる。

図１Ａ，Ｂは、特許文献１に記載の面光源装置（面発光ユニット）の構成を示す図である。 図２は、特許文献１に記載の発光装置（発光ユニット）の配光特性を示すグラフである。 図３Ａ，Ｂは、実施の形態に係る面光源装置の構成を示す図である。 図４Ａ，Ｂは、実施の形態に係る面光源装置の構成を示す断面図である。 図５は、図４Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図６Ａ〜Ｅは、実施の形態に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図７は、式（１）、式（２）、式（３）および式（４）を説明するための、実施の形態に係る面光源装置の部分拡大断面図である。 図８Ａ，Ｂは、４種類の発光装置の配光特性を示すグラフである。 図９は、４種類の面光源装置についてのＨ／ＰおよびＬ／Ｐの値を示すグラフである。 図１０Ａは、４種類の面光源装置についてのＩ_１／２／Ｉ_０の値を示すグラフである。図１０Ｂは、４種類の面光源装置についてのＩ_１／４／Ｉ_０の値を示すグラフである。 図１１Ａ，Ｂは、４種類の面光源装置において発光装置を１つのみ点灯した場合の発光面の輝度分布を示すグラフである。 図１２Ａは、光束制御部材を有しない面光源装置の発光面の輝度分布を示す図である。図１２Ｂは、本発明の実施の形態に係る面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０＞６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）の発光面の輝度分布を示す図である。図１２Ｃ〜Ｅは、比較例の面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ≦１、Ｉ_１／２／Ｉ_０≦６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）の発光面の輝度分布を示す図である。 図１３は、比較例の面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ≦１、Ｉ_１／２／Ｉ_０＞６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）における光路を示す断面図である。 図１４Ａは、本発明および比較例の面光源装置で使用される発光装置（Ｉ_１／２／Ｉ_０≦６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）の配光特性を示すグラフである。図１４Ｂは、本発明および比較例の面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０≦６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）において発光装置をそれぞれ１つのみ点灯した場合の発光面の輝度分布を示すグラフである。 図１５は、比較例の面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０≦６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）の発光面の輝度分布を示す図である。 図１６Ａ，Ｂは、Ｉ_１／４／Ｉ_０の値がそれぞれ異なる発光装置を有する面光源装置において発光装置を１つだけ点灯した場合の発光面の輝度分布を示すグラフである。 図１７は、Ｉ_１／４／Ｉ_０と発光装置近傍の領域の輝度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明の面光源装置の代表例として、液晶表示装置のバックライトなどに適する面光源装置について説明する。これらの面光源装置は、面光源装置からの光を照射される被照射部材（例えば液晶パネル）と組み合わせることで、表示装置として使用されうる。

［面光源装置および発光装置の構成］
図３〜５は、本発明の一実施の形態に係る面光源装置１００の構成を示す図である。図３Ａは、平面図であり、図３Ｂは、正面図である。図４Ａは、図３Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図４Ｂは、図３Ａに示されるＢ−Ｂ線および図４Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。図５は、図４Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。

図３および図４に示されるように、本実施の形態に係る面光源装置１００は、筐体１１０、基板１２０、複数の発光装置１３０および光拡散板１６０を有する。基板１２０は、筐体１１０の底板上に配置されており、複数の発光装置１３０は、基板１２０上に一定の間隔で配置されている。筐体１１０の天板には、開口部が設けられている。光拡散板１６０は、この開口部を塞ぐように、複数の発光装置１３０上に基板１２０と略平行に配置されており、発光面として機能する。発光面の大きさは、特に限定されないが、例えば約４００ｍｍ×約７００ｍｍである。発光装置１３０の中心間距離（ピッチ）はＰ（ｍｍ）であり、基板１２０の上面と光拡散板１６０の下面との間隔（高さ）はＨ（ｍｍ）である（図７参照）。本実施の形態に係る面光源装置１００は、以下の式（１）を満たす。

図５に示されるように、複数の発光装置１３０は、それぞれ基板１２０上に固定されている。複数の発光装置１３０は、それぞれ発光素子１４０および光束制御部材１５０を有している。

発光素子１４０は、面光源装置１００の光源である。発光素子１４０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

光束制御部材１５０は、発光素子１４０から出射された光の配光を制御する。光束制御部材１５０は、その中心軸が発光素子１４０の光軸に一致するように、発光素子１４０の上に配置されている。ここで「発光素子の光軸」とは、発光素子１４０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。発光装置１３０の光軸ＬＡは、発光素子１４０の光軸および光束制御部材１５０の中心軸と一致する（図５参照）。基板１２０と光束制御部材１５０との間には、発光素子１４０から発せられる熱を外部に逃がすための隙間が形成されている。

光束制御部材１５０は、一体成形により形成されている。光束制御部材１５０の材料は、所望の波長の光を通過させ得る材料であれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材１５０の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。光束制御部材１５０の形状については、別途詳細に説明する。

光拡散板１６０は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置１３０からの出射光を拡散させつつ透過させる。通常、光拡散板１６０の大きさは、液晶パネルなどの被照射部材の大きさとほぼ同じである。たとえば、光拡散板１６０は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ）などの光透過性樹脂により形成される。光拡散性を付与するため、光拡散板１６０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散板１６０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。

発光素子１４０からの光は、光束制御部材１５０により径方向（基板１２０の面方向）に拡げられる。発光装置１３０から出射された光は、光拡散板１６０に到達する。光拡散板１６０に到達した光は、光拡散板１６０を拡散しつつ透過する。

［光束制御部材の構成］
図６Ａ〜Ｅは、本実施の形態に係る光束制御部材１５０の構成を示す図である。図６Ａは、光束制御部材１５０の平面図であり、図６Ｂは、光束制御部材１５０の正面図であり、図６Ｃは、光束制御部材１５０の側面図であり、図６Ｄは、光束制御部材１５０の底面図である。また、図６Ｅは、図６Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。

図６Ａ〜Ｅに示されるように、光束制御部材１５０は、入射面１５１、裏面１５２、出射面１５３、鍔部１５４および複数の脚部１５５を有する。

入射面１５１は、光束制御部材１５０の下側（発光素子１４０側）の中央部に、発光素子１４０と対向するように形成されている凹部の内面である。入射面１５１の形状は、回転楕円面の一部を切り取ったような凹形状である。入射面１５１は、発光素子１４０から出射された光を、進行方向を制御しながら光束制御部材１５０の内部に入射させる。

裏面１５２は、光束制御部材１５０の下側（発光素子１４０側）に位置し、前記凹部の開口縁部から径方向に延在する平面である。

出射面１５３は、光束制御部材１５０の内部に入射した光を、その進行方向を制御しながら外部に出射する。出射面１５３は、光束制御部材１５０の中心軸を軸とする回転対称面であり、鍔部１５４よりも上側（光拡散板１６０側）に向けて突出している。

本実施の形態では、出射面１５３は、光束制御部材１５０の中心軸を中心とする所定範囲に位置する第１の出射面１５３ａと、第１の出射面１５３ａの周囲に連続して形成される第２の出射面１５３ｂと、第２の出射面１５３ｂと鍔部１５４とを接続する第３の出射面１５３ｃとを有する（図６Ｅ参照）。第１の出射面１５３ａは、光束制御部材１５０の中心軸（発光装置１３０の光軸ＬＡ）と交わる位置に配置された、下側（発光素子１４０側）に凸の滑らかな曲面（凹曲面）である。第１の出射面１５３ａの形状は、球面の一部を切り取ったような凹形状である。第２の出射面１５３ｂは、第１の出射面１５３ａの周囲に位置する、上側（光拡散板１６０側）に凸の滑らかな曲面（凸曲面）である。第２の出射面１５３ｂの形状は、円環面の一部を切り取ったような凸形状である。第３の出射面１５３ｃは、第２の出射面１５３ｂの周囲に位置する曲面である。図６Ｅに示される断面において、第３の出射面１５３ｃの断面は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。

鍔部１５４は、出射面１５３の外周部と裏面１５２の外周部との間に位置し、径方向外側に突出している。鍔部１５４の形状は、略円環状である。鍔部１５４は、必ずしも必要ではないが、鍔部１５４を設けることで、光束制御部材１５０の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。鍔部１５４の厚みは、特に限定されず、出射面１５３の必要面積や鍔部１５４の成形性などを考慮して決定される。

複数の脚部１５５は、裏面１５２の外周部に、裏面１５２から下側（発光素子１４０側）に向かって突出している円柱状の部材である。複数の脚部１５５は、発光素子１４０に対して適切な位置に光束制御部材１５０を支持する。

発光素子１４０からの光は、入射面１５１で光束制御部材１５０内に入射する。このとき、入射面１５１の形状により、発光素子１４０からの光は、径方向（発光素子１４０の光軸に垂直な方向）に向けて拡げられる。光束制御部材１５０内に入射した光は、出射面１５３で外部に出射する。このときも、出射面１５３の形状により、発光素子１４０からの光は、径方向（発光素子１４０の光軸に垂直な方向）に向けてさらに拡げられる。結果として、発光装置１３０からは、広い角度範囲（光軸に対して０°から９０°近くまで）に光が出射される（図８Ａ参照）。発光装置１３０の光軸ＬＡに沿う方向から発光装置１３０から最も高い光度の光が出射する方向までの角度範囲（０°からピーク出射角までの範囲）において、発光装置１３０からの光の光度は、光軸ＬＡに対する角度が大きくなるにつれて漸増する（図８Ａ参照）。

図７は、本実施の形態に係る面光源装置１００の部分拡大断面図である。この図では、筐体１１０を省略している。前述のとおり、本実施の形態に係る面光源装置１００は、以下の式（１）を満たす。
［式（１）において、Ｐは、複数の発光装置１３０の中心間距離（ピッチ）である。Ｈは、基板１２０の上面と光拡散板１６０の下面との間隔（高さ）である。］

また、面光源装置１００は、上記式（１）を満たしつつ発光面の輝度ムラの発生を防ぐために、以下の式（２）を満たす。すなわち、光束制御部材１５０の入射面１５１および出射面１５３の形状は、以下の式（２）を満たすように調整されている。図７に示されるように、式（２）は、ある発光装置１３０からピーク出射角で出射された光が、隣接する発光装置１３０よりも遠くまで到達することを意味する。これにより、発光面の発光装置１３０間の領域に明部（相対的に輝度が高い領域）が発生することを抑制することができる。式（２）を満たすため、発光装置１３０から出射される光の出射角（光軸方向が０°、基板面方向が９０°）のうち、最も光度が高い光の出射角（ピーク出射角）は、７８.７°を超える。
［式（２）において、Ｐは、複数の発光装置１３０の中心間距離（ピッチ）である。Ｌは、発光装置１３０の光軸ＬＡと光拡散板１６０の下面との交点から、発光装置１３０からピーク出射角で出射された光が光拡散板１６０の下面に到達した点までの距離である。］

また、面光源装置１００は、上記式（１）を満たしつつ発光面の輝度ムラの発生を防ぐために、以下の式（３）も満たす。すなわち、光束制御部材１５０の入射面１５１および出射面１５３の形状は、以下の式（３）を満たすように調整されている。図７に示されるように、式（３）は、光拡散板１６０の下面における２つの発光装置１３０の中点に向かう光の光度（Ｉ_１／２）が、発光装置１３０の直上に向かう光の光度（Ｉ_０）よりも６倍を超えて高いことを意味する。これにより、発光面の発光装置１３０間の領域に暗部（相対的に輝度が低い領域）が発生することを抑制することができる。
［式（３）において、Ｉ_０は、発光装置１３０から光軸ＬＡ方向に出射された光の光度である。Ｉ_１／２は、光拡散板１６０の下面における、光軸ＬＡと光拡散板１６０の下面との交点からＰ／２の距離の点に向かって、発光装置１３０から出射された光の光度である。］

また、面光源装置１００は、以下の式（４）も満たすことが好ましい。すなわち、光束制御部材１５０の入射面１５１および出射面１５３の形状は、以下の式（４）を満たすように調整されていることが好ましい。図７に示されるように、式（４）は、光拡散板１６０の下面における２つの発光装置１３０の中点と一方の発光装置１３０との間の中点（Ｐ／４の点）に向かう光の光度（Ｉ_１／４）が、当該発光装置１３０の直上に向かう光の光度（Ｉ_０）の２.４倍以下であることを意味する。これにより、発光面の発光装置１３０の近傍の領域に明部（相対的に輝度が高い領域）が発生することを抑制することができ、発光面における輝度分布をより均一にすることができる。
［式（４）において、Ｉ_０は、発光装置１３０から光軸ＬＡ方向に出射された光の光度である（Ｉ_０≠０）。Ｉ_１／４は、光拡散板１６０の下面における、光軸ＬＡと光拡散板１６０の下面との交点からＰ／４の距離の点に向かって、発光装置１３０から出射された光の光度である。］

［発光装置の配光特性および面光源装置の輝度分布］
本実施の形態に係る面光源装置１００で使用される発光装置１３０について、配光特性を測定した。また、比較のため、従来の面光源装置で使用される従来の発光装置についても、配光特性を測定した。本実施の形態に係る発光装置１３０と、従来の発光装置とでは、光束制御部材の出射面の形状のみが異なる。本実施の形態に係る発光装置１３０と、３種類の従来の発光装置の特性を表１に示す。

図８Ａおよび図８Ｂは、表１に示される４種類の発光装置（Ｐ１１０、Ｐ６０、Ｐ７５およびＰ９０）の配光特性を示すグラフである。横軸は、発光素子の発光面の中心を原点とし、発光装置の光軸ＬＡを０°としたときの角度を示している。縦軸は、各角度における光度（図８Ａ）または相対光度（図８Ｂ）を示している。図８Ｂでは、各発光装置について、０°の光度を１としたときの相対光度を示している。本実施の形態に係る発光装置１３０（Ｐ１１０）の結果を太い実線で示す。一方、比較例の発光装置（Ｐ６０、Ｐ７５およびＰ９０）の測定結果は、細い破線、細い実線または細い一点鎖線で示す。

これらのグラフから、本実施の形態に係る発光装置１３０（Ｐ１１０）は、ピーク出射角が７８.７°以上であり、比較例の発光装置（Ｐ６０、Ｐ７５およびＰ９０）に比べて遠方に向かう光をより多く生成できることがわかる。

次に、本実施の形態に係る発光装置１３０（Ｐ１１０）を有する面光源装置１００について、輝度分布を測定した。また、比較のため、上記比較例の発光装置（Ｐ６０、Ｐ７５およびＰ９０）を有する面光源装置についても、輝度分布を測定した。各発光装置（Ｐ１１０、Ｐ６０、Ｐ７５およびＰ９０）は、高さＨが１９ｍｍの面光源装置の内部に、それぞれの最適なピッチ（表１参照）で配置した。

図９は、各面光源装置についてのＨ／ＰおよびＬ／Ｐの値を示すグラフである。このグラフに示されるように、本実施の形態に係る面光源装置１００では、Ｈ／Ｐが０.２以下であり、かつＬ／Ｐが１超である。すなわち、本実施の形態に係る面光源装置１００は、上記式（１）および式（２）を満たしている。一方、比較例の発光装置（Ｐ６０、Ｐ７５およびＰ９０）を有する面光源装置では、Ｈ／Ｐが０.２超であり、かつＬ／Ｐが１以下である。すなわち、これらの面光源装置は、上記式（１）および式（２）をいずれも満たしていない。

図１０Ａは、各面光源装置についてのＩ_１／２／Ｉ_０の値を示すグラフであり、図１０Ｂは、各面光源装置についてのＩ_１／４／Ｉ_０の値を示すグラフである。これらのグラフに示されるように、本実施の形態に係る面光源装置１００では、Ｉ_１／２／Ｉ_０が６超であり、かつＩ_１／４／Ｉ_０が２.４以下である。すなわち、本実施の形態に係る面光源装置１００は、上記式（３）および式（４）を満たしている。一方、比較例の発光装置（Ｐ６０、Ｐ７５およびＰ９０）を有する面光源装置では、Ｉ_１／４／Ｉ_０が２.４以下であるが、Ｉ_１／２／Ｉ_０が６以下である。すなわち、これらの面光源装置は、上記式（４）を満たしているが、上記式（３）を満たしていない。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、各面光源装置において発光装置を１つだけ点灯した場合の発光面の輝度分布を示すグラフである。横軸は、発光装置の光軸ＬＡからの距離を示している。縦軸は、各点における輝度（図１１Ａ）または相対輝度（図１１Ｂ）を示している。図１１Ｂでは、各面光源装置について、光軸ＬＡ上の輝度を１としたときの相対輝度を示している。本実施の形態に係る発光装置１３０（Ｐ１１０）を有する面光源装置の結果を太い実線で示す。一方、比較例の発光装置（Ｐ６０、Ｐ７５およびＰ９０）を有する面光源装置の測定結果は、細い破線、細い実線または細い一点鎖線で示す。

図１１Ｂに示されるグラフから、発光装置１３０（Ｐ１１０）を１１０ｍｍピッチ（Ｈ／Ｐ＝０.１７）で配置した場合には、発光面における発光装置１３０の中間位置（±５５ｍｍ）において十分な明るさを得られるが、比較例の発光装置（Ｐ６０およびＰ７５）を１１０ｍｍピッチ（Ｈ／Ｐ＝０.１７）で配置した場合には、中間位置（±５５ｍｍ）において明るさが不足することがわかる。また、発光装置を１１０ｍｍピッチ（Ｈ／Ｐ＝０.１７）でマトリックス状に配置した場合には、対角線方向における発光装置の中心間距離は、約１５５ｍｍとなる。比較例の発光装置（Ｐ９０）を１１０ｍｍピッチ（Ｈ／Ｐ＝０.１７）で配置した場合には、発光面における対角線方向の中間位置（±７７.５ｍｍ）において明るさが不足する。これに対し、本実施の形態に係る発光装置１３０では、発光面における輝度分布の裾野部分においても十分な輝度を得られることがわかる。

図１２は、各面光源装置において発光装置を１６個点灯した場合の発光面の輝度分布である。図１２Ａは、光束制御部材を外した場合の発光面の輝度分布を示すグラフであり、図１２Ｂは、本実施の形態に係る面光源装置１００の発光面の輝度分布であり、図１２Ｃは、比較例の発光装置（Ｐ６０）を有する面光源装置の発光面の輝度分布であり、図１２Ｄは、比較例の発光装置（Ｐ７５）を有する面光源装置の発光面の輝度分布であり、図１２Ｅは、比較例の発光装置（Ｐ９０）を有する面光源装置の発光面の輝度分布である。各発光装置は、高さＨが１９ｍｍの面光源装置の内部にピッチ１１０ｍｍで配置されており、いずれの面光源装置においても、Ｈ／Ｐは０.１７である。

図１２Ｃ〜Ｅに示されるように、比較例の光束制御部材を有する面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ≦１、Ｉ_１／２／Ｉ_０≦６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）では、輝度ムラが大きかった。これに対し、本実施の形態に係る面光源装置１００（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０＞６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）では、図１２Ｂに示されるように、Ｈ／Ｐが０.２以下であるにもかかわらず、輝度ムラが小さかった。ここで「輝度ムラが小さい」とは、発光面の発光装置間の領域における最大輝度に対する最小輝度の割合が９５％以上であることを意味する。

以上のように、本実施の形態に係る面光源装置１００は、Ｈ／Ｐが０.２以下であるにもかかわらず、発光面から均一な光を出射することができる。

なお、面光源装置が上記式（２）を満たさない場合は、発光装置からピーク出射角（例えば６３°）で出射された光は、光拡散板の下面のうち発光装置間の領域に到達する。このため、上記式（２）のみを満たさない面光源装置１０’（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ≦１、Ｉ_１／２／Ｉ_０＞６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）では、図１３に示されるように、発光装置４０からの出射光のほとんどが発光面の発光装置４０近傍の領域（ピーク出射角で出射された光が到達する領域）に到達することにより、発光面において発光装置４０間に光量不足の領域が生じてしまう。その結果、発光面において発光装置４０近傍の領域に相対的に明るい明部Ｂが形成され、輝度ムラが生じてしまう（図１Ｂと比較参照）。

また、面光源装置が上記式（３）を満たさない場合は、発光装置の配光特性は、図１４Ａにおいて破線で示すようになる。図１４Ａにおいて、実線は、本実施の形態に係る発光装置１３０（Ｐ１１０）の配光特性を示す曲線である。図１４Ｂは、この発光装置を有する面光源装置において発光装置を１つだけ点灯した場合の発光面の輝度分布を示すグラフである。図１４Ｂにおいて、破線は、上記式（３）のみを満たさない面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０≦６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）の発光面の輝度分布を示す曲線であり、実線は、本実施の形態に係る面光源装置１００（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０＞６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）の発光面の輝度分布を示す曲線である。また、図１５は、上記式（３）のみを満たさない面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０≦６、Ｉ_１／４／Ｉ_０≦２.４）において発光装置を１６個点灯した場合の発光面の輝度分布である。これらの結果から、面光源装置が上記式（３）を満たさない場合は、発光面のうち発光装置４０間の領域が相対的に暗くなり、輝度ムラが生じてしまうことがわかる。

また、面光源装置が上記式（４）を満たさない場合であっても、上記式（１）〜式（３）を満たしていれば輝度ムラが十分に抑制されるが、面光源装置が上記式（４）も満たす場合は、発光面における輝度分布がより均一になる。図１６Ａおよび図１６Ｂは、Ｉ_１／４／Ｉ_０の値がそれぞれ異なる発光装置を有する面光源装置において発光装置を１つだけ点灯した場合の発光面の輝度分布を示すグラフである。図１６Ｂでは、図１６Ａのグラフのピーク部分を拡大して示している。太い実線は、本実施の形態に係る発光装置１３０（Ｐ１１０）を有する面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０＞６、Ｉ_１／４／Ｉ_０＝１.６）の発光面の輝度分布を示す曲線である。細い破線、細い実線、細い一点鎖線および細い二点鎖線は、他の発光装置を有する面光源装置（Ｈ／Ｐ≦０.２、Ｌ／Ｐ＞１、Ｉ_１／２／Ｉ_０＞６、Ｉ_１／４／Ｉ_０＝２.０，２.１，２.２，２.３，２.４，２.５）の発光面の輝度分布を示す曲線である。本実施の形態に係る発光装置１３０（Ｐ１１０）を有する面光源装置と他の発光装置を有する面光源装置とでは、Ｉ_１／４／Ｉ_０の値のみが異なる。これらの結果から、Ｉ_１／４／Ｉ_０の値が変わると、発光面のうち発光装置４０近傍の領域の輝度が変わることがわかる。発光面における輝度分布がより均一にする観点からは、発光装置４０近傍の領域の輝度は、発光装置４０直上の輝度よりも低いことが好ましい。

図１７は、Ｉ_１／４／Ｉ_０と発光装置４０近傍の領域の輝度との関係を示すグラフである。縦軸は、発光面において発光装置４０直上の点の輝度を１としたときの、発光面において発光装置４０の光軸から１８ｍｍの点（図１６Ａのグラフにおいてピークがある点）の輝度を示している。このグラフから、Ｉ_１／４／Ｉ_０が２.４以下の場合は、発光装置４０近傍の領域の輝度が、発光装置４０直上の輝度よりも低くなることがわかる。したがって、発光面における輝度分布をより均一にする観点からは、Ｉ_１／４／Ｉ_０が２.４以下であることが好ましい。

本発明に係る面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや看板、一般照明などに適用することができる。

１０，１０’ 面光源装置（面発光ユニット）
２０ 筐体
３０ 基板（取付板）
４０ 発光装置（発光ユニット）
４２ 発光素子
４４ 光束制御部材（レンズ部）
５０ 光拡散板
１００ 面光源装置
１１０ 筐体
１２０ 基板
１３０ 発光装置
１４０ 発光素子
１５０ 光束制御部材
１５１ 入射面
１５２ 裏面
１５３ 出射面
１５３ａ 第１の出射面
１５３ｂ 第２の出射面
１５３ｃ 第３の出射面
１５４ 鍔部
１５５ 脚部
１６０ 光拡散板
ＬＡ 発光装置の光軸

Claims (4)

1. 基板と、
   発光素子と、前記発光素子からの出射光の配光を制御する光束制御部材とをそれぞれ含み、前記基板上に一定の間隔で配置された複数の発光装置と、
   前記複数の発光装置の上に前記基板と略平行に配置され、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、を有し、
   前記発光装置の光軸に沿う方向から前記発光装置から最も高い光度の光が出射する方向までの角度範囲において、前記発光装置からの光の光度は、前記光軸に対する角度が大きくなるにつれて漸増し、かつ
   以下の式（１）、式（２）および式（３）を満たす、
   面光源装置。
   ［上記式において、Ｐは、前記複数の発光装置の中心間距離である。Ｈは、前記基板の上面と前記光拡散板の下面との間隔である。Ｌは、前記光軸と前記光拡散板の下面との交点から、前記最も高い光度の光が前記光拡散板の下面に到達した点までの距離である。Ｉ_０は、前記発光装置から前記光軸方向に出射された光の光度である。Ｉ_１／２は、前記光拡散板の下面における、前記光軸と前記光拡散板の下面との交点からＰ／２の距離の点に向かって、前記発光装置から出射された光の光度である。］
2. 以下の式（４）をさらに満たす、請求項１に記載の面光源装置。
   ［上記式において、Ｉ_１／４は、前記光拡散板の下面における、前記光軸と前記光拡散板の下面との交点からＰ／４の距離の点に向かって、前記発光装置から出射された光の光度である。］
3. 前記光束制御部材は、
   前記発光素子と対向するように配置された凹部の内面であり、前記発光素子から出射された光が入射する入射面と、
   前記光拡散板と対向するように配置された、前記入射面で入射した光がその進行方向を制御されながら出射する出射面と、
   を有し、
   前記出射面は、
   前記光軸と交わる位置に配置された凹曲面である第１の出射面と、
   前記第１の出射面の周囲に配置された凸曲面である第２の出射面と、
   を含む、
   請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の面光源装置と、前記面光源装置からの光を照射される被照射部材とを有する、表示装置。